NiTiHf形状记忆合金的相变行为与力学性能研究

作     者：徐苏琳 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：姜大强;张雁

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：NiTiHf形状记忆合金 低温时效 应变玻璃 纳米晶 

摘      要：应变玻璃是母相向长程有序的马氏体转变受到抑制所形成的短程有序纳米畴,其最先见于Ti-Ni合金中,具有结构不随温度变化而改变、储能模量频率依赖性、非各态遍历性及纳米应变畴等特征。以往报道的应变玻璃是通过固溶、大变形冷轧后低温退火、固溶后低温时效等手段引入高密度缺陷（点缺陷、线缺陷、体缺陷）抑制马氏体相变而获得,因此使合金失去马氏体相变是获得应变玻璃的一个先决条件。最近有研究表明,通过面缺陷和点缺陷共掺杂,在纳米晶NiTiHf合金中也可获得应变玻璃态,但这需要较多的Hf（10 at.%）元素掺杂,不利于材料加工变形,因此,降低Hf含量,通过前述方法可望获得低Hf含量的NiTiHf应变玻璃合金。本文通过熔炼、锻压、轧制、冷拔等手段制备了NiTiHf、NiTiHf（x=1,2,3）、NiTiHf（x=1,2,3）丝材。利用电阻、DSC、DMA等手段研究了NiTiHf合金的相变行为,利用原位XRD研究了NiTiHf合金的微观变形行为,利用拉伸机测试了NiTiHf合金的力学性能。结果表明,由于Hf含量较低,纳米晶NiTiHf合金未呈现应变玻璃态,而是在升降温过程中呈现R相变,令人意外地是纳米晶NiTiHf和NiTiHf（x=1,2,3）除R相变外还呈现B19 相变,推测其可能是部分晶粒异常长大的原因造成。纳米晶NiTiHf（x=1,2,3）和NiTiHf（x=1,2,3）合金的相变温度随着Hf含量的增加而降低。纳米晶NiTi Hf（x=49,50,51）合金R相的相变温度升高。当低温时效时间一定时,NiTiHf合金的相变温度随着时效前退火温度的升高逐渐降低。当退火时间相同时,合金的相变温度随着时效时间的延长逐渐升高。700℃退火再低温时效的NiTiHf合金,随着时效时间的延长,相变温度逐渐被抑制。低温时效对其他成分NiTiHf合金的相变行为没有影响。NiTiHf合金经过2 min低温时效后,马氏体相变明显被抑制,经过30 min低温时效后,马氏体相变已经被完全抑制而形成应变玻璃态。通过大变形引入位错破坏纳米畴结构使应变玻璃态合金在升降温过程中又可发生马氏体相变,但并不改变微观组织。高温退火处理后的NiTiHf合金也展现出应变玻璃态特征。力学性能测试表明,时效获得的应变玻璃NiTiHf合金室温超弹可恢复应变达5.85%,高温退火获得的应变玻璃TiNiHf合金的室温超弹可恢复应变达7.45%。当Hf含量相同时,随着Ni含量的增加,纳米晶的应力平台上升,应力滞后减小。当Ni含量一定时,随着Hf含量的升高,相变（再取向）临界应力在同一个温度下逐渐降低。